论文部分内容阅读
本论文通过溶胶-凝胶法制备了 SiO2纳米粒子,并在其表面修饰双键,然后通过共聚法,将多种单体分别与纳米粒子共聚,制备了一系列亲水性聚合物修饰的二氧化硅杂化纳米粒子,考察了复合纳米粒子在水溶液中的耐温、耐盐分散性能,对模拟泥饼的封堵性能,以及与几种常用的水基钻井液添加剂的配伍性能。主要研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法制得了粒径在50-120nm的球形二氧化硅,用3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷对其进行表面修饰,获得双键修饰的二氧化硅纳米粒子(Si02-MPS),接着以SiO2-MPS为基体,采用共聚法制得了聚丙烯酸修饰的二氧化硅纳米粒子(Si02-PAA)。考察了纳米粒子在NaCl、MgC12和A12(SO4)3中的耐盐性,在浓度低于4%的NaCl或MgC12的水溶液中,能够稳定分散约20天,随着NaCl或MgC12浓度的增大,SiO2-PAA粒子的稳定分散时间减小,该粒子在浓度大于0.5%的Al2(SO4)3水溶液中的分散稳定时间不超过1 h。在90-220 °℃的耐温实验中进行考察,发现在220 ℃下恒温10 h后仍可保持良好的分散,具有良好的耐高温性能。Si02-PAA粒子与聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)及磺化酚醛树脂(SMP-2)具有良好的配伍性。模拟封堵实验表明,该粒子对模拟泥饼具有良好的封堵作用,且随着粒子浓度增加封堵作用增强,室温或80 ℃条件下,滤失量分别可降低90.6%和84.7%。(2)将苯乙烯磺酸钠单体与SiO2-MPS进行共聚制备聚苯乙烯磺酸钠修饰的二氧化硅纳米粒子(Si02-PNaSS)。NaCl,MgC12或A12(SO4)3使Si02-PNaSS分散液发生絮凝现象的临界盐浓度分别为15%,12%和0.5%,该粒子在临界浓度以下的各种盐的水溶液中稳定时间时间约为30天,且在220℃下高温加热10 h后,仍可保持良好的分散。SiO2-PNaSS粒子与PAM、CMC及SMP-2的配伍性能良好。封堵实验结果表明,随着Si02-PNaSS粒子浓度增大,封堵作用增强,室温或80 ℃条件下的滤失量分别可降低93.9%和 90.8%。(3)将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体与SiO2-MPS进行共聚合成了聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)修饰的二氧化硅纳米粒子(SiO2-PAMPS)。该粒子在NaCl,MgC12或A12(S04)3水溶液中发生明显絮凝时的最低盐浓度分别为21%,12%和0.5%。200 ℃下恒温10 h后仍可保持良好的分散,耐温性能达到200 ℃。SiO2-PAMPS与PAM、CMC及SMP-2间具有良好的配伍性能,此外SiO2-PAMPS在室温或80 ℃时,对模拟泥饼均具有良好的封堵作用,在室温或80 ℃条件下的滤失量分别可降低73.4%、76.6%。(4)将N-异丙基丙烯酰胺单体与SiO2-MPS进行共聚制得了聚(N-异丙基丙烯酰胺)修饰的二氧化硅纳米粒子(Si02-PNIPAM)。在NaCl、MgC12或A12(SO4)3水溶液中,当浓度大于0.5%时,纳米粒子在5 min内发生絮凝。SiO2-PNIPAM粒子在1-3%PAM、1-3%CMC和1-3%SMP-2水溶液中,120 ℃下恒温10h后仍可保持分散。随着粒子浓度增加,Si02-PNIPAM粒子对模拟泥饼封堵作用增强,室温或80 ℃条件下,滤失量分别可降低84.3%和80.9%。(5)将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体与Si02-MPS进行共聚制得了聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵修饰的二氧化硅纳米粒子(Si02-PDMC)。该粒子在临界浓度以下的各种盐的水溶液中沉降完全的时间约为25天,NaCl使分散液失稳的临界盐浓度为16%,该粒子在10%以下的MgC12或A12(SO4)3水溶液中均能保持稳定分散。耐温性能可达到130 ℃。Si02-PDMC与SMP-2具有较好的配伍性能,随着粒子浓度的增加,SiO2-PDMC对模拟泥饼的封堵作用增强,在室温或80 ℃条件下的滤失量分别可降低82.6%、82.3%。